Biologie des Lebens: Nervensystem, Hormone, Fortpflanzung & Klonen

Das menschliche Nervensystem

Das Nervensystem des Menschen gilt als die bekannteste perfekte Maschine. Es besteht aus einem zentralen Nervensystem und einem peripheren Nervensystem. Das zentrale Nervensystem besteht aus Gehirn und Rückenmark.

Das Gehirn

Das Gehirn besteht aus drei primären Hirnbläschen: dem Vorderhirn, dem Mittelhirn und dem Hinterhirn. Später, in der embryonalen Entwicklung, entstehen durch Unterteilung fünf Bläschen. Das Vorderhirn entwickelt sich zu Telencephalon und Diencephalon. Das Mittelhirn teilt sich nicht. Das Rhombencephalon entwickelt sich zu Metencephalon und Myelencephalon.

Telencephalon (Endhirn)

Das Telencephalon ist in zwei Hemisphären unterteilt und enthält zwei Riechlappen, die besonders bei Fischen entwickelt sind, aber bei fortgeschrittenen Wirbeltieren eine schrittweise Reduzierung ihrer Größe erfahren. Die Form der zerebralen Hemisphären variiert. Das Säugetiergehirn erreicht seine höchste Entwicklung. Das Gehirn hat die Fähigkeit, Sinneswahrnehmungen und Bewegungen zu steuern, Informationen zu speichern, Erinnerungen zu sammeln und komplexe Antworten zu entwickeln, wobei diese Erinnerungen auch die endgültige Reaktion modulieren können.

Diencephalon (Zwischenhirn)

Das Diencephalon ist ein kleiner Abschnitt, der Teil des Gehirns ist. Im oberen Bereich, dem Epithalamus, scheint es, dass dieser bei Fischen, Amphibien und Reptilien eine Photorezeptorfunktion besitzt. Es gibt auch den Thalamus, wo sensorische Reize reguliert werden. Im unteren Bereich befindet sich der Hypothalamus, der die Aktivität der Hypophyse sowie die Hormonproduktion und Körpertemperatur reguliert.

Mittelhirn

Im Mittelhirn erscheinen bei niederen Wirbeltieren die optischen Lobi. Bei Säugetieren sind dies die Colliculi inferiores.

Metencephalon (Hinterhirn)

Aus dem Metencephalon entsteht das Kleinhirn. Dieses steuert die Körperhaltung und koordiniert Bewegungen. Es enthält auch den Pons (Brücke), einen Kreuzungsbereich für Nervenbahnen, in dem Fasern von der rechten Körperseite zur linken Gehirnseite verlaufen und umgekehrt.

Myelencephalon (Nachhirn)

Aus dem Myelencephalon geht der Hirnstamm oder die Medulla oblongata (verlängertes Mark) hervor. Sie reguliert auch viszerale Tätigkeiten wie Schlucken, Herzfrequenz oder Atemfrequenz.

Das Rückenmark

Das Rückenmark befindet sich in der Wirbelsäule. Zwei Bereiche unterscheiden sich durch ihre Farbe und Zusammensetzung: die weiße Substanz, die außen liegt und aus Axonen von Nervenzellen besteht, und die graue Substanz, die innen liegt, schmetterlingsförmig ist und aus Zellkörpern von Neuronen besteht, mit einem zentralen Kanal, dem Ependymkanal. Die graue Substanz, die wie ein Schmetterling aussieht, besteht aus Hinterhörnern (kleine Schmetterlingsflügel), in denen sensible Fasern enden, und Vorderhörnern (große Schmetterlingsflügel), von denen motorische Fasern ausgehen. Die Funktionen des Rückenmarks umfassen die Übermittlung von Informationen aus sensiblen Bereichen zum Gehirn und von motorischen Arealen zu den Muskeln. Es führt auch Reflexe aus, die schnelle Reaktionen ohne Beteiligung des Gehirns ermöglichen.

Das periphere Nervensystem

Das periphere Nervensystem besteht aus Nerven, die das zentrale Nervensystem verlassen oder in es eintreten, und aus Nervenknoten (Ganglien). Das periphere Nervensystem kann Informationen zur willkürlichen Muskelkontraktion senden oder vegetative Funktionen regulieren. Die Gesamtheit der Ganglien und Nerven, die diese Funktionen steuern, bildet das autonome oder vegetative Nervensystem. Das vegetative Nervensystem besteht wiederum aus zwei Teilsystemen: dem sympathischen Nervensystem und dem Parasympathikus. Beide Systeme sind für die meisten ihrer Funktionen antagonistisch zueinander, d.h., wenn ein System aktiv ist, wird das andere gehemmt. Das sympathische Nervensystem aktiviert Funktionen wie Herz- oder Atemtätigkeit. Der Parasympathikus wirkt bei diesen beiden Aufgaben als Hemmer. Allerdings beschleunigt der Parasympathikus die Darmtätigkeit und hemmt das sympathische Nervensystem in diesem Bereich.

Das endokrine System

Das endokrine System ist ein System der Koordinierung. Es empfängt Signale, verarbeitet die erhaltenen Informationen und stellt die angemessene Antwort bereit, die von hormonellen Rezeptoren in den Zielzellen umgesetzt wird. Das endokrine System produziert langsame Reaktionen, die über chemische Botenstoffe, sogenannte Hormone, vermittelt werden. Diese zirkulieren im Blut und wirken auf Organe, die diese Substanzen erkennen. Diese Organe, genannt Zielorgane, reagieren entsprechend der im Blut nachgewiesenen Hormonkonzentration. Die Anwesenheit eines Hormons kann die Entwicklung von Strukturen bewirken, die ohne seine Präsenz nicht erscheinen würden. Beispiele hierfür sind der Kamm des Hahns oder das weibliche Sexualgewebe bei Schimpansen. Die Hormone, die von Zellen abgesondert werden, sind in der Regel in Organen, den sogenannten Drüsen, gruppiert. Manchmal werden sie von Neuronen sezerniert. In diesem Fall werden die Hormone Neurohormone genannt. Das endokrine System wird durch negatives Feedback oder Feedback-Hemmung reguliert: Die Drüse erhält Informationen zur Hormonsekretion. Die Drüse schüttet das Hormon aus. Das Hormon wirkt auf das Zielorgan oder die Zielzelle, was eine Veränderung im inneren Milieu bewirkt. Diese Veränderung wird von der sezernierenden Drüse erfasst und hemmt die Hormonausschüttung, bis ein neuer Stimulus zur Freisetzung erfolgt.

Hormone bei Wirbellosen

Bei Wirbellosen scheinen Hormone nicht zwingend in Drüsen gebildet zu werden. Sie werden oft von Nervenzellen sezerniert und sind somit Neurohormone. Diese Hormone sind für die Regulierung des Wachstums und der sexuellen Reifung der Tiere verantwortlich. Sie können auch Farbveränderungen steuern, die es dem Tier ermöglichen, mit seiner Umgebung zu verschmelzen. Der Reiz, der die Hormonsekretion produziert, ist visuell. Lichtwechsel werden vom Auge erkannt. Bei Arthropoden bedeutet Tierwachstum, dass das Exoskelett durch ein neues, größeres ersetzt wird. Dieser Vorgang wird als Häutung bezeichnet. Die Häutung wird durch hormonelle Mechanismen gesteuert. Krebstiere besitzen neurosekretorische Zellen in den Organen X und Y. Die Neurohormonsekretion durch das X-Organ, das im Augenstiel liegt, hemmt die Häutung. Die Neurohormonsekretion durch das Y-Organ, das sich an den Antennen befindet, aktiviert die Häutung. Bei Insekten wird im Protocerebrum ein Neurohormon namens Neotenin (Juvenilhormon) abgesondert, das die Bildung von Larvenstrukturen fördert und die Entwicklung sexueller Strukturen hemmt. Ebenfalls im Protocerebrum, im sogenannten Corpora cardiaca, gibt es ein weiteres Neurohormon namens Ecdysiotropin, das auf eine endokrine Drüse, die Prothorakaldrüse, wirkt und die Freisetzung von Ecdyson induziert. Ecdyson stimuliert die Puppenbildung, die Häutung und das Auftreten der adulten Merkmale.

Erweiterung der Inhalte: Hormone und Wachstumsfaktoren bei Insekten

Endokrines System der Wirbeltiere

Bei Wirbeltieren sind die wichtigsten Bereiche der Hormonsekretion der Hypothalamus, die Hypophyse, die Schilddrüse, die Nebenschilddrüse, die Bauchspeicheldrüse, die Nebennieren, die Gonaden und die Plazenta. Es gibt auch hormonproduzierende Zellen, die im gesamten Gastrointestinaltrakt verstreut sind und Gastrin im Magen sowie Sekretin und Cholecystokinin im Duodenum und Jejunum produzieren. Die Niere produziert Renin, das an der Regulierung des Blutdrucks beteiligt ist. Angiotensin I und Angiotensin II sind ebenfalls an der Blutdruckregulation beteiligt. Der Wirkmechanismus basiert grundsätzlich auf dem Prinzip der negativen Rückkopplung.

Der Hypothalamus

Der Hypothalamus ist der Koordinator des gesamten Systems. Darüber hinaus kontrolliert er als Teil des Nervensystems Funktionen wie die Körpertemperatur oder den Wach- und Schlafzustand, insbesondere bei Säugetieren.

Die Hypophyse

Die Hypophyse bildet zusammen mit dem Hypothalamus die hypothalamisch-hypophysäre Achse, die die zentrale Steuerungsstelle der Hormonproduktion darstellt. Der Hypothalamus setzt nach Erhalt von Informationen aus dem Organismus ein Neurohormon, einen sogenannten Releasing-Faktor, frei, der auf die Hypophyse wirkt und die Sekretion eines bestimmten Hypophysenhormons fördert. Hypophysenhormone wirken auf Zielgewebe oder -organe. Das Ergebnis ist eine metabolische Veränderung im Gewebe oder Organ mit den entsprechenden Hormonrezeptoren. Falls das Zielorgan eine Drüse ist, wird der Effekt die Produktion eines weiteren Hormons sein. Die Veränderung des inneren Milieus wird vom Hypothalamus detektiert, und dieser hemmt die Produktion von Neurohormonen, was wiederum die Ausschüttung von Hormonen aus der Hypophyse blockiert. Die Bedingungen im inneren Milieu kehren zur ursprünglichen Situation zurück, die den gesamten Prozess ausgelöst hat, woraufhin der Hypothalamus erneut Neurohormone produziert.

Fortpflanzung

Der Beginn eines neuen Lebens kann auf verschiedene Weisen erfolgen, führt aber früher oder später zum Tod des Individuums. Wenn sich die Individuen in dieser Zeitspanne, die wir Leben nennen, nicht fortpflanzen, könnte die Kontinuität der Art beeinträchtigt werden. Daher ist die Reproduktion ein Mechanismus zur Verewigung der Art. Es ist nicht wichtig, dass die Eltern überleben; das Wichtigste ist der Fortbestand der Nachkommen und der genetischen Information. Tiere haben zwei mögliche Arten der Fortpflanzung: die asexuelle und die sexuelle Fortpflanzung.

Asexuelle Fortpflanzung

Asexuelle Fortpflanzung ist typisch für einzellige Organismen, Algen, Pilze und Pflanzen, aber nur wenige Tiere nutzen diese Form der Fortpflanzung. Bei dieser Art der Fortpflanzung entsteht aus einem Elternteil ein genetisch identisches Individuum, das somit ein Klon des Mutterorganismus ist. Die verschiedenen Arten der asexuellen Vermehrung bei Tieren sind die Knospung und die Fragmentierung.

Knospung

Einige elterliche Zellen teilen sich aktiv und bilden eine Knospe. Diese Struktur kann sich schließlich von der Mutter trennen und ein eigenständiges Individuum bilden oder als Teil einer Kolonie verbunden bleiben. Diese Art der Fortpflanzung zeigen Schwämme und Polypen, sowohl einzeln lebende als auch koloniale Formen, zum Beispiel Korallen.

Fragmentierung

Die Muttergesellschaft teilt sich spontan (längs oder quer), wodurch Tochterindividuen entstehen. Diese Art der Fortpflanzung tritt bei Polypen, Quallen und Plattwürmern (Platyhelminthes) auf. Ein besonderer Fall der Fragmentierung ist die Polyembryonie. Dieser Prozess tritt auf, wenn sich in einem frühen Embryonalstadium Zellgruppen voneinander trennen. Jede dieser Gruppen wird ein vollständiges Individuum. In diesem Fall hat der resultierende Wurf den gleichen Genotyp. Polyembryonie ist typisch für das Gürteltier (ein zahnloses Säugetier). Es ist auch der Prozess, durch den menschliche eineiige Zwillinge entstehen.

Regeneration

Regeneration ist in der Regel kein Prozess der Fortpflanzung des gesamten Individuums. Es ist eher ein Abwehrmechanismus, der von vielen Tieren genutzt wird. Sie besteht darin, einen Körperteil abzuwerfen, um nicht von einem Raubtier gefangen zu werden. Später wird der verlorene Körperteil regeneriert. Dies ist der Fall beim Schwanz der Eidechse, bei internen Strukturen des Verdauungstraktes von Seegurken oder bei den Armen der Seesterne. Im letzteren Fall kann manchmal ein neuer Seestern aus dem abgetrennten Arm entstehen. Dies geschieht jedoch nur, wenn der Arm einen Teil der zentralen Scheibe des Tieres enthält. Wenn ja, handelt es sich um eine echte asexuelle Reproduktion.

Sexuelle Fortpflanzung

Sexuelle Fortpflanzung ist die häufigste Art der Fortpflanzung bei Tieren. Sie zeichnet sich durch die Anwesenheit von spezialisierten Zellen, den sogenannten Gameten, aus, die von verschiedenen Eltern stammen. Die männlichen Keimzellen sind Spermien und die weiblichen Gameten sind Eizellen. Diese Zellen werden in speziellen Organen, den Gonaden, hergestellt. Die Hoden sind die Keimdrüsen, die Spermien produzieren. Die Eierstöcke sind die Keimdrüsen, die Eizellen produzieren. Die Gametenbildung wird durch einen Mechanismus namens Gametogenese ausgelöst. Die Spermienbildung wird als Spermatogenese bezeichnet und die Eizellbildung als Oogenese. Beide Prozesse umfassen eine Reifungsphase und eine Zellteilung durch Meiose. Am Ende des Prozesses sind die Keimzellen mit einer reduzierten Chromosomenzahl gebildet, um die Befruchtung und die Bildung eines neuen Lebewesens mit der gleichen Chromosomenzahl wie die Eltern zu ermöglichen. Innerhalb einer Spezies gibt es Individuen unterschiedlichen Geschlechts, Männchen und Weibchen, oder Individuen, die die Fähigkeit haben, sowohl männliche als auch weibliche Keimzellen zu produzieren, sogenannte Zwitter (Hermaphroditen). Im Falle von Hermaphroditen, wie Würmern oder Gartenschnecken, wird die gegenseitige Befruchtung gefördert. Normalerweise kommen die Gameten in einem Prozess namens Befruchtung zusammen. Manchmal findet jedoch keine Befruchtung statt, und das neue Tier entwickelt sich aus einer unbefruchteten weiblichen Keimzelle. In diesem Fall spricht man von Parthenogenese.

Befruchtung und Entwicklung

Obwohl die sexuelle Fortpflanzung der häufigste Mechanismus ist, kommt es nicht immer zur Vereinigung der Gameten. Die Befruchtung ist die Vereinigung einer Samenzelle und einer Eizelle. Die nach der Befruchtung gebildete Zelle durchläuft einen Prozess namens Embryogenese, der die Bildung des Embryos ist. Je nachdem, wo sie stattfindet, kann sie extern oder intern sein.

Arten der Befruchtung

Externe Befruchtung

Bei der externen Befruchtung vereinigen sich Spermium und Eizelle außerhalb des Tierkörpers. Spermien sind sehr empfindlich gegenüber ihrer Umgebung und benötigen viel Wasser, um zur Eizelle zu gelangen. Daher sollte diese Art der Befruchtung in Wasser oder in einer sehr feuchten Umgebung stattfinden, wie im Fall von Regenwürmern.

Interne Befruchtung

Interne Befruchtung findet innerhalb des weiblichen Tieres bei getrenntgeschlechtlichen Arten statt. Dazu müssen die Spermien in den Eileiter gelangen. Dies kann durch ein Kopulationsorgan wie den Penis, durch engen Kontakt zwischen Eileiter und Spermienleiter wie bei der Paarung von Vögeln, oder durch die Produktion von Spermatophoren, die in den Eileiter eingeführt werden, geschehen. Nach der Befruchtung entsteht die Zygote.

Embryogenese

Durch einen komplexen Prozess der Zellteilung, der als Embryonalentwicklung oder Embryogenese bezeichnet wird, entsteht der neue Nachkomme. Embryogenese ist die Bildung des Embryos aus der bei der Befruchtung entstandenen Zygote. Der Prozess gliedert sich in folgende Phasen:

Segmentierung

Die Zygote teilt sich mehrmals und bildet eine Struktur namens Morula. Der Prozess der Morulabildung erfolgt durch aufeinanderfolgende mitotische Teilungen. Die gebildeten Zellen sind totipotent und heißen Blastomeren.

Blastulation

Die Zellen der Morula teilen sich weiter und wandern nach außen, wodurch eine einzige Zellschicht entsteht, die einen inneren Hohlraum, das Blastocoel, umgibt. Die entstehende Struktur wird Blastozyste genannt.

Gastrulation

Die Blastula setzt die Zellteilung fort. An einem bestimmten Punkt teilen sich die Zellen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, was zu einem Hohlraum im Inneren der Blastozyste führt. Die entstehende Struktur wird Gastrula genannt, und der innere Hohlraum, der Urdarm (Archenteron), öffnet sich nach außen durch eine Öffnung namens Blastoporus. Die Zellen entlang des Archenterons gehören zum Entoderm, während die äußeren Zellen zum Ektoderm gehören. Die Gastrula entsteht auf unterschiedliche Weise, je nach Tierart. Bei triblastischen Tieren entsteht während der Gastrulation ein neues Keimblatt, das embryonale Mesoderm, das sich zwischen Entoderm und Ektoderm befindet. Der Weg zur Bildung des Mesoderms variiert je nach Tierart. Manchmal enthält das Mesoderm einen inneren Hohlraum, das Zölom. Tiere mit diesem Hohlraum werden Zölomaten genannt.

Organogenese

Dies ist die Phase, in der sich die verschiedenen Gewebe und Organe des Tieres bilden. Je nach Tier kann diese Phase sehr komplex sein. (Forschungsaktivität: Menschliche Organogenese)

Entwicklungstypen nach Ort der Embryonalentwicklung

Je nachdem, wo die Embryonalentwicklung stattfindet, werden Tiere wie folgt eingestuft:

• Ovipar: Tiere, die sich in einem Ei außerhalb des Mutterkörpers entwickeln.
• Ovovivipar: Tiere, die sich in einem Ei innerhalb des Mutterkörpers entwickeln, aber keinen direkten Kontakt zur Mutter haben.
• Vivipar: Tiere, die sich im Mutterleib entwickeln und einen innigen Kontakt zur Mutter herstellen.

Postembryonale Entwicklung

Nach der Embryonalentwicklung und Geburt setzt sich die Entwicklung des Tieres fort. Die postembryonale Entwicklung kann direkt oder indirekt sein.

• Direkte Entwicklung: Das Tier erreicht die Geschlechtsreife ohne erkennbare morphologische Veränderungen, lediglich mit einer Zunahme der Größe.
• Indirekte Entwicklung: Das Tier schlüpft aus einem Ei in einem Larvenstadium und muss deutliche morphologische Veränderungen durchlaufen, um das erwachsene Stadium zu erreichen. Manchmal gibt es verschiedene Larvenstadien. Manchmal kann die Entwicklung auch eine Phase umfassen, in der sich die Larve nicht ernährt und in einer schützenden Struktur, einem Kokon oder einer Puppe, eingeschlossen ist, die sie selbst gebaut hat, bevor sie das Erwachsenenalter erreicht. In diesem Fall ist die Entwicklung indirekt und komplex.

Klonen

Ein Klon ist eine genetisch identische Einheit, die von einer Vorgängereinheit geklont wird. Die geklonte Einheit kann ein Gen, eine Gruppe von Genen, die gesamte DNA einer Zelle, ein Gewebe, ein Organ oder ein ganzes Individuum sein. Klone werden natürlich durch ungeschlechtliche Teilung produziert. Das Klonen wirft jedoch eine Reihe von Problemen auf, die noch ungelöst sind.

Molekulares Klonen

Das Klonen von Molekülen kann durch zwei Verfahren erfolgen: azelluläres Klonen oder zelluläres Klonen.

Azelluläres Klonen (PCR)

Auch bekannt als Mechanismus zur Amplifikation von DNA oder RNA (PCR). Dieses Klonen kann zwei Ziele haben: den Erhalt einer großen Menge DNA für verschiedene Zwecke oder die Bestimmung der Sequenz eines kleinen DNA-Abschnitts in Lösung. Seine Anwendung ist vielfältig. Es wird verwendet, um DNA-Sequenzen zu erkennen, für die DNA-Sequenzierung, zum Scannen auf Mutationen, zur Diagnose von Krankheiten (erblich oder anderweitig), für evolutionäre Studien, zum Nachweis von Tumorzellen, zur Amplifikation von DNA für das Zellklonen usw.

Zelluläres Klonen

Dieses System verwendet Zellen, um DNA-Fragmente zu klonen, nicht um Zellen zu klonen. Dazu wird die zu klonende DNA zunächst amplifiziert (d.h. es werden viele geklonte Exemplare gewonnen). Anschließend wird die DNA in Vehikel, sogenannte Vektoren, eingebracht, die sie transportieren und in die Zellen einschleusen. Diese Zellen werden als Wirtszellen bezeichnet und in einem Kulturmedium vermehrt. Die Zellen vermehren sich dann und replizieren dabei sowohl ihre eigene DNA als auch das gewünschte DNA-Fragment. Auf diese Weise erhält man eine große Anzahl von Zellen mit der gewünschten rekombinanten DNA. Das Ziel dieser Art des Klonens ist die Amplifikation der geklonten DNA, um deren Sequenz und Struktur zu untersuchen, phylogenetische Studien durchzuführen oder Mutationen zu identifizieren. Diese Methode wird auch verwendet, um die Mechanismen der Genregulation, Transkription und Translation zu studieren. Eine weitere Anwendung ist die Gewinnung des Proteins, das durch die klonierte DNA-Sequenz kodiert wird, um dessen Struktur zu analysieren, zu modifizieren oder es aufgrund seiner Eigenschaften zu vermarkten. Dies ist die Technik, die zur Gewinnung von Insulin verwendet wird.

Klonen von Zellen, Geweben oder Organen

Hierbei werden Stammzellen verwendet, die aufgrund ihrer Totipotenz in der Lage sind, andere differenzierte Zellen zu bilden, die zu Geweben oder Organen führen können. Mit dieser Art des Klonens können Zellen gewonnen werden, die mit den adulten Zellen kompatibel sind, sich in verschiedene Zelltypen differenzieren und ein Gewebe oder sogar ein Organ bilden oder ersetzen könnten. Diese Technik kann bei Verbrennungen eingesetzt werden, um Epithelzellen aus Stammzellen zu erzeugen und die Abstoßung von Hauttransplantationen zu reduzieren. Es wurde versucht, bei Diabetesfällen Stammzellen in die Bauchspeicheldrüse einzubringen, die ein "normales" Insulin produzierendes Gen tragen. Diese Zellen differenzieren sich zu Bauchspeicheldrüsenzellen und integrieren sich im Patienten. Außerdem wurde diese Technik bei Patienten angewendet, die Herzinfarkte erlitten haben. Stammzellen können zu Herzmuskelzellen reifen, die ins Herz transplantiert werden und abgestorbene Zellen ergänzen, wodurch die Regeneration des durch den Infarkt geschädigten Bereichs gefördert wird.

(Aktivität 15: Eine Präsentation zum Klonen)

Pflanzenklonen

Das Klonen von Pflanzen wird in Landwirtschaft und Gartenbau seit langer Zeit praktiziert. Die Methode der Vermehrung "durch Stecklinge" besteht darin, einen Teil (einen Zweig) einer Pflanze zu entnehmen, in den Boden zu stecken und darauf zu warten, dass er Wurzeln schlägt. So werden klonale Pflanzen mit den gleichen Eigenschaften wie die Mutterpflanze gewonnen. Seit Jahrhunderten wird versucht, Nutztierrassen zu verbessern, indem Individuen mit mehr Fleisch und besseren Milch- und Wollerträgen ausgewählt werden. In der Landwirtschaft wurden die schönsten, widerstandsfähigsten und größten Sorten ausgewählt. Der Weg zur Gewinnung dieser neuen Individuen erfolgte durch Kreuzung von Eltern mit wünschenswerten Eigenschaften, obwohl dies nicht immer zum Erfolg führte. Der Einsatz von Hormonen zur Steigerung der Größe und des Wachstums bei Tieren für den menschlichen Verzehr ist derzeit aufgrund der potenziellen negativen Auswirkungen auf die Verbrauchergesundheit verboten. Derzeit wird das Klonen von Organismen auch für gentechnisch veränderte Organismen (GVO), Laien auch als GM bekannt, eingesetzt. Ziel ist es, die Gene zu isolieren, die für Mast und Milchproduktion, Infektionsresistenz, Herbizidresistenz usw. verantwortlich sind. Die Technik besteht darin, tierische Zellen mit dem Gen für die gewünschte Eigenschaft zu versehen. Anschließend wird der Kern dieser Zelle in eine Eizelle eingefügt, deren eigener Zellkern zuvor entfernt wurde. Danach muss sich die diploide Zelle teilen, um ein neues Individuum zu bilden, ähnlich einer Zygote, die durch die Befruchtung einer Eizelle durch ein Spermium entsteht. Schließlich müssen die Embryonen in die Gebärmutter eines weiblichen Tieres eingepflanzt werden, wo sie sich entwickeln. Man kann den Zellkern eines Tieres genetisch modifizieren, um ihn anschließend zu klonen. In diesem Fall wird in die Eizelle, aus der der Kern extrahiert wurde, der Zellkern mit der veränderten genetischen Information injiziert. Im Falle von Pflanzen werden teilungsfähige Zellen verwendet. Dazu werden die ausgewählten Gene eingebracht. Dann werden die Zellen im Labor kultiviert, und daraus werden Pflanzen mit den gewünschten Merkmalen, die von der ursprünglichen Pflanze abweichen können, hergestellt. Die Pflanzen werden geklont.

Probleme infolge des Klonens

Probleme beim Klonen ergeben sich aus dem molekularen Klonen, dem Zellklonen und dem Klonen von Menschen.

Probleme beim molekularen Klonen

Das molekulare Klonen erzeugt verschiedene Arten von Problemen, abhängig von der verwendeten Methode:

• Um Moleküle azellulär zu klonen, ist es notwendig, die DNA-Sequenz zu kennen, die wir amplifizieren möchten. Wenn diese Sequenz nicht bekannt ist, kann das Klonen nicht durchgeführt werden.
• Um Moleküle zellulär zu klonen, sind folgende Schritte notwendig:
  • Die Kenntnis der zu klonenden DNA-Sequenz.
  • Die Auswahl eines ausreichend effizienten Vektors zum Einfügen der DNA-Sequenz.
  • Das Auffinden von Zellen, die durch den Vektor rekombiniert wurden.
  • Die Gewinnung des durch die geklonte DNA kodierten Produkts.

Probleme beim Zellklonen und Klonen von Menschen

Das Zellklonen hat ebenfalls Nachteile. Es müssen Stammzellen gewonnen werden. Stammzellen können spezifische Gewebe erzeugen; sie sind als multipotente Zellen bekannt, wie die Zellen, die Blutzellen im Knochenmark produzieren. Totipotente Zellen sind in der Lage, jedes Gewebe in jeder Zelllinie zu erzeugen. Stammzellen können nur in den frühen Stadien der Zellteilung während der Embryonalentwicklung gewonnen werden. Die Zellen, auf die wir uns beziehen, sind die Blastomeren, die durch die Segmentierung der Zygote entstehen. Um sie zu verwenden, muss mit Embryonen gearbeitet werden. Diese Arbeit kann mit tierischen Zellen durchgeführt werden, aber nicht mit menschlichen Zellen, da das geltende Recht die Verwendung menschlicher Embryonen nicht zulässt. Mit diesem Verbot soll verhindert werden, dass die Technologie zum Klonen menschlicher Individuen entwickelt wird. Dieses Verbot erschwert es auch, die Mechanismen zu entschlüsseln, durch die eine totipotente Zelle zu einer spezialisierten Zelle wird, die nur eine Art von Zelllinie erzeugen kann. Das Verbot verhindert auch die Erforschung von Therapien für bisher unheilbare Krankheiten wie Tetraplegie oder die Schaffung patienteneigener Gewebe und Organe ohne Abstoßungsreaktionen in der Transplantationsmedizin.

Probleme beim Klonen genetisch veränderter Organismen

Das Klonen genetisch veränderter Organismen wirft zwei Arten von Problemen auf:

• Soziale Probleme: Es hat eine Ablehnung der "Transgen"-Agenturen gefördert, da die Auswirkungen genetischer Veränderungen auf Umwelt und Verbraucher oft ignoriert werden.
• Technische Probleme: Die Technik ist noch zu neu. Diese technischen Probleme sind beim Klonen von Tieren größer als in der Pflanzenwelt.